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HFC125临界热泵特性研究

作　者: 周湘江
导　师: 连之伟
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 临界热泵 HFC125 热水器大温差热回收
分类号: TH38
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

热泵作为一种节能技术,能够提供比驱动能源多的热能,在节约能源、保护环境方面具有独特的优势,在空调领域中获得了较为广泛的应用,取得了一定的节能和环保效益。而现在一般的供应热水的方法是用不同型式的锅炉(电或燃烧化石燃料)加热给水,消耗高品位能源来加热产生品位不太高的卫生热水,是一种不够合理的用能方式。本项目研究一种能够加热生活热水并能空调制冷的一机两用的高效热泵系统及装置,由于常规热泵在需要有较高温升的条件下应用效率不高,经济性不好。因此,研究和发展能够在较高温升下高效运行的热泵循环和系统具有重大的现实意义。本项目针对热水系统的特点,以HFC125工质的临界循环为主,研究新型高温热泵机组,用于空调制冷和提取低位热源的热量来提供高温热水,具体内容包括以下几个方面:通过对热泵的一次能源利用率及经济性分析,提出热泵装置在目前条件下要达到与油(气)锅炉相竞争的经济性所必须要达到的成本和效率;并对热泵系统进行热力学优化,通过优化结果提出在不同的应用条件下合适的热泵循环。建立HFC类工质临界热泵高压换热器(或逆流冷凝器)及整个循环计算的数值计算模型,并通过数值计算对循环进行分析,在理论上分析循环参数的选取和优化,并计算不同工质在不同环境参数条件下临界循环的工作特性和热力性能。建立以HFC125为工质的临界热泵实验台,并进行了临界热泵的实验研究。研究临界热泵循环的热力参数之间的关系及各参数对热力系数的影响,临界热泵装置的控制和调节特性及变工况运行特性,回热器的作用及效果。为了研究热泵机组空调制冷和加热热水的两用特性,本文还建立了一种新的有热回收功能的HCFC22常规热泵实验装置,并根据实验研究利用夏季空调冷凝热加热给水,供应卫生热水的运行状况及提高热水品位的方法;在不同条件下以热泵装置加热给水的运行状况,即热回收型热泵作为热水器的应用;以及热回收型热泵冬季供热水的应用。最后,根据本次研究的经验提出了后续研究的方向和建议。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-24
  1.1 课题研究背景  13-14
  1.2 热泵技术发展应用现状  14-19
    1.2.1 热泵工质的环境效应及替代  16-18
    1.2.2 热泵循环  18-19
  1.3 HFC 类工质临界循环热泵  19-21
    1.3.1 临界循环热泵的基本特性  20
    1.3.2 临界热泵循环的应用前景分析  20-21
  1.4 课题研究内容  21-24
第2章热泵供热系统的评价及优化  24-42
  2.1 热泵供热系统的一次能源利用率评价  24-26
    2.1.1 热泵效率  24-25
    2.1.2 热泵装置的能耗分析  25-26
  2.2 热泵装置的经济性分析  26-27
  2.3 热泵供热系统的热力学优化  27-39
    2.3.1 逆卡诺循环热泵的热力学优化  28-33
    2.3.2 劳伦兹循环热泵的热力学优化  33-39
  2.4 供热系统的热经济学优化  39-40
  2.5 本章小结  40-42
第3章临界循环的热力计算  42-69
  3.1 制冷工质的P-V-T 物性计算方程  42-43
  3.2 对比态原理及对比态方程  43-45
  3.3 对L—K 方程的修正  45-46
  3.4 工质状态参数计算模块  46-48
  3.5 工质物性参数的计算程序  48-51
  3.6 高密度气体迁移物性的计算  51-55
    3.6.1 常压下气体粘度和导热系数的计算方法  52-53
    3.6.2 稠密流体粘度和导热系数的计算  53-55
  3.7 临界循环热泵的热力计算  55-57
    3.7.1 高温换热器的计算  55-56
    3.7.2 其它设备的计算  56-57
  3.8 临界循环的热力学损失分析  57-60
  3.9 临界循环热泵的工质选择  60-63
  3.10 临界循环热泵技术经济分析  63-67
  3.11 本章小结  67-69
第4章 HFC125 临界热泵的实验研究  69-99
  4.1 实验原理及目的  69-70
  4.2 制冷循环的选择  70-71
  4.3 水系统  71-72
  4.4 实验台部件选型  72-75
  4.5 传感器及测点布置方案  75-77
  4.6 数据采集系统  77-79
  4.7 实验过程  79-82
  4.8 相关因素对系统COP 的影响  82-86
    4.8.1 冷凝器出入口水温温差与COP 的关系  82-83
    4.8.2 系统冷凝蒸发压力与COP 的关系  83-84
    4.8.3 压缩机吸排气压力与温度的关系  84-86
  4.9 内部换热器与COP 的关系  86-87
  4.10 温差与COP 的关系  87-88
  4.11 压缩机吸排气压力与COP 的关系  88-90
  4.12 压缩机吸排气压力与温度的关系  90-94
    4.12.1 冷凝压力与冷凝器出口水温的关系  90-92
    4.12.2 蒸发器出口温度和压缩机吸气压力的关系  92-94
  4.13 冷凝器串并联与全并联对COP 的影响  94-95
  4.14 误差分析  95-97
  4.15 本章小结  97-99
第5章空调热泵热水器的实验研究  99-120
  5.1 试验装置结构及试验安排  100-106
    5.1.1 试验台概述  100-101
    5.1.2 冷却水（冷媒水）回路  101-103
    5.1.3 制冷剂回路  103-104
    5.1.4 实验台部件  104-106
  5.2 试验仪器的校核  106-108
  5.3 实验结果及分析  108-119
    5.3.1 空气源热泵热回收  108-110
    5.3.2 水源空调热回收  110-114
    5.3.3 模拟空气源热泵热水器  114-116
    5.3.4 模拟水源热泵热水器以水源热泵运行  116-119
  5.4 误差分析  119
  5.5 本章小结  119-120
第6章总结  120-124
  6.1 结论  120-122
  6.2 创新  122-123
  6.3 建议  123-124
参考文献  124-131
致谢  131-132
博士期间发表的论文和参与的项目  132-133

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